|
|
|
|
|
Símbol: H |
Nombre atòmic: 1 |
|
|
Hidrogen |
Hidrógeno |
Hydrogen |
hydrogène |
Grup: 1 |
Període: 1 |
|
|
Família: No metalls |
Configuració electrònica: 1s1 |
|||||
|
Generalitats |
|||||
|
Descobridor/s: Henry Cavendish |
Nacionalitat: Gran Bretanya |
Any: 1766 |
|||
|
Origen del nom: del
francès Hydrogène, que provenia del grec hydro,
aigua i genes, generar. Generador d’aigua. |
Una mica
d’història: Ja en el segle XVI s’havia observat per
part dels alquimistes que quan l’oli de vitriol (nom que aquests
donaven a l’àcid sulfúric, H2SO4)
actuava damunt les llimadures de ferro, es desprenia un gas combustible de
naturalesa desconeguda. Cavendish, en 1766 va
observà que aquest gas era diferent d’altres gasos inflamables i
l’anomenà aire inflamable,
encara que es va equivocar en suposar que provenia del metall i no de
l’àcid. En 1781, el propi Cavendish va
observà que quan aquest gas cremava en l’aire i en
l’oxigen es formava aigua, descobriment que va portar a Lavoisier a
anomenar-lo hidrogen, és a dir productor d’aigua. L’hidrogen fou liquat per
primera vegada en 1898 per J. Dewar (1842-1923). Normalment es col·loca en el
grup 1 de la taula periòdica, encara que les seves propietats no
tinguin res a veure amb les d’aquest grup. |
||||
|
Estat natural: En la natura es troba lliure
en molt poca proporció, principalment en el gas natural, en els gasos
procedents de les erupcions volcàniques i en les capes altes de
l’atmosfera. Els espectres estel·lars i solars mostren que
és abundant en el sol i en altres estrelles (és el major
component del planeta Júpiter) i és, de fet, l’element
més comú en l’Univers. La font més comú d'hidrogen és
l'aigua, formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen (H2O).
Altres fonts són la major part dels compostos orgànics,
incloent-hi totes les formes de vida conegudes, els combustibles
fòssils i el gas natural. El metà, producte de la
descomposició orgànica, està adquirint una creixent
importància com a font d' hidrogen |
Estructura cristal·lina: Hexagonal |
|
|||
|
Abundància
a l’ésser humà: 1.108 ppb (parts per bilió en
pes) |
Abundància
a la Terra: En l'atmosfera terrestre es troba només en una
proporció d'1ppm en volum. |
Abundància
al Sistema Solar: 75.107 ppb (parts per bilió en
pes) constitueix el 75% de la massa i el 90% dels àtoms
de l'univers. |
|||
|
Propietats |
|||||||
|
Físiques |
Massa
atòmica (u) |
Densitat
(kg/m3) |
Duresa (escala
de Mohs) |
Volum
atòmic (cm3/mol) |
|||
|
1,00794 |
76 |
-- |
14,4 |
||||
|
Tèrmiques |
Estat
d’agregació a 298 K |
Punt de
fusió (K) |
Punt
d’ebullició (K) |
|
|||
|
gas |
14,025 |
20,268 |
|
||||
|
Radis |
Radi
atòmic (Å) |
Radi iònic
(Å) |
Radi
covalent (Å) |
|
|||
|
0,79 |
2,08 (H-1) |
0,32 |
|
||||
|
Ionització |
Afinitat
electrònica (KJ/mol) |
1a
energia ionització (KJ/mol) |
2a
energia ionització (KJ/mol) |
3a
energia ionització (KJ/mol) |
Estats
d’oxidació |
||
|
72,8 |
1312 |
-- |
-- |
+1, -1 |
|||
|
Elèctriques |
Conductivitat
elèctrica (mOhm.cm)-1 |
Electròniques |
Electronegativitat
(Pauling) |
Polaritzabilitat
(Å3) |
|
||
|
-- |
2,2 |
0,7 |
|
||||
|
Termodinàmiques |
Calor
d’atomització (KJ/mol d’àtoms) |
Calor de
fusió (KJ/mol) |
Calor de
vaporització (KJ/mol) |
Calor
específica (J/kg K) |
Conductivitat
tèrmica (J/m s ºC) |
||
|
218 |
0,1 |
0,9 |
14421 |
0,1815 |
|||
|
Altres |
Potencial
normal de reducció (v) |
Caràcter
metàl·lic |
Precaucions: L'hidrogen
és un gas extremadament inflamable. Reacciona violentament amb el fluor
i el clor, especialment amb el primer, amb el qual la reacció
és tan ràpida i imprevisible que no es pot controlar. L'aigua
pesada és tòxica per a la majoria de les espècies,
encara que la dosi mortal és molt gran. L’hidrogen gas no és
tòxic però és perillós si es barreja amb aigua o
oxigen a causa del risc de foc i explosió. En principi pot asfixiar
perquè impedeix l’accés de l’oxigen al cos. |
||||
|
0,00 2H+/H2 (solució àcida) |
No metall |
||||||
|
Característiques: |
|
||||||
|
L’hidrogen és
l’element més lleuger. És l’element més
abundant en l’Univers i en constitueix aproximadament el 90% en pes. L’hidrogen com aigua, H2O
és absolutament essencial per a la vida i és present en tots
els compostos orgànics. És un gas incolor, inodor i
insípid. L’hidrogen líquid,
obtingut per primer cop per Sir James Dewar en 1898, és incolor
(encara que lleugerament blau en capes gruixudes) amb un pes específic
de 0,07, Quan s’evapora ràpidament sota pressió
reduïda, congela en un sòlid incolor. És diatòmic
però es dissocia en àtoms lliures a altes temperatures. L’hidrogen és una
barreja de dos formes diferents, ortohidrogen i parahidrogen;
l’hidrogen ordinari conté aproximadament ¾ de la forma
orto i ¼ de la forma para. Els punts de fusió i
ebullició de totes dues formes difereixen lleugerament de les de
l’hidrogen ordinari. El parahidrogen s’obté pràcticament
pur per adsorció de l’hidrogen ordinari sobre carbó a uns
-225ºC. Es coneixen tres isòtops de
l’hidrogen. El nucli de cada àtom d’hidrogen ordinari es
compon d’un protó. El Deuteri,
representa en l’hidrogen ordinari al voltant del 0,02%, i conté
un protó i un neutró en el nucli, i la seva massa
atòmica és de 2. El Triti,
un isòtop radioactiu inestable, conté un protó i dos
neutrons i té una massa atòmica de 3. Tots els àcids contenen
hidrogen; la característica distintiva d’un àcid
és la seva dissociació, en la que es produeixen ions
d’hidrogen. L’hidrogen (H2) és l’element
més lleuger que es coneix, per això pot penetrar
fàcilment en les superfícies poroses. Metalls com el platí,
cobalt, níquel, ferro i pal·ladi, en certes condicions, tenen
la propietat d’adsorbir hidrogen i és per això que a
vegades s’ha trobat hidrogen associat a aquests metalls en alguns
meteorits. Per exemple, el pal·ladi és capaç
d’adsorbir hidrogen en una proporció de unes 800 vegades el seu
volum. |
|||||||
|
Isòtops |
||||||
|
Isòtop |
Protons |
Neutrons |
Simbol |
Vida mitjana |
Abundància % |
Altres |
|
Hidrogen
(Proti) |
1 |
0 |
1H |
Estable |
99,984 |
|
|
Deuteri |
1 |
1 |
2H o D |
Estable |
0,0156 |
|
|
Triti |
1 |
2 |
3H o T |
12,3
anys |
0,00 |
Radioactiu |
|
Reactivitat |
|
|
Descripció |
A temperatures ordinàries
és poc reactiu. No reacciona amb l’oxigen a baixes temperatures,
però ho fa de forma violenta si s’eleva la temperatura per
damunt de 700ºC o s’introdueix algun catalitzador com
pal·ladi o platí finament dividit, obtenint-se aigua com a
producte d’aquesta reacció: 2H2 (g) + O2
(g) à 2H2O (l) L’hidrogen pot combinar-se
amb l’oxigen dels òxids d’altres elements i aquest
caràcter reductor s’aprofita en la indústria
metal·lúrgica per a obtenir metalls amb un grau elevat de puresa, com per exemple
el tungstè dels filaments de les làmpades elèctriques. Per aconseguir la
dissociació de l’hidrogen molecular en hidrogen atòmic es
necessita proporcionar una temperatura molt elevada, absorbint-se una gran
quantitat d’energia, però la reacció és reversible
i els àtoms d’hidrogen es combinen de nou per a donar
molècules desprenent-se ara l’energia abans absorbida.
Fonamentant-se en això, Irving Langmuir, premi Nobel de química
en 1932, va construir el bufador d’hidrogen atòmic. Es fa passar
un corrent d’hidrogen per un arc elèctric amb la qual cosa
s’aconsegueix la dissociació de les molècules d’hidrogen
i els àtoms produïts, en xocar contra la superfície del
metall sobre el que es treballa, es recombinen desprenent-se l’energia
prèviament absorbida que serveix per a fondre el metall. A més
a més, com la part del metall que es fon està rodejada
d’hidrogen s’impedeix la seva reacció amb l’oxigen
de l’aire. L’hidrogen reacciona amb
molts no metalls. Combina amb el nitrogen en presència d’un
catalitzador per a formar amoníac, NH3, amb el sofre per a
formar sulfur d’hidrogen, H2S, amb el clor per a formar
clorur d’hidrogen, HCl: H2 (g) + Cl2
(g) à 2 HCl (g) amb el fluor per a formar fluorur
d’hidrogen, HF: H2 (g) + F2
(g) à 2 HF (g) I amb l’oxigen per a formar
aigua, H2O. Quan l’hidrogen es barreja
amb l’aire o l’oxigen i es pren, la barreja fa explosió. L’hidrogen també
combina amb els metalls més actius com sodi, liti i calci, per a
formar hidrurs (NaH, LiH i CaH2). Actua com agent reductor sobre
òxids metàl·lics, com l’òxid de coure,
traient l’oxigen i deixant el metall en estat lliure. L’hidrogen reacciona amb
compostos orgànics no saturats per a formar els compostos saturats
corresponents. |
|
Amb aire |
Vigorosa a temperatura elevada; |
|
Amb H2O |
No reacciona |
|
Amb HCL 6M |
No reacciona |
|
Amb HNO3 15M |
No reacciona |
|
Amb NaOH 6M |
No reacciona |
H2O
; 2H2 (g) + O2 (g) |
Obtenció |
La font més
comú d'hidrogen és l'aigua, formada per dos àtoms
d'hidrogen i un d'oxigen (H2O). Altres fonts són la major
part dels compostos orgànics, incloent-hi totes les formes de vida
conegudes, els combustibles fòssils i el gas natural. El metà,
producte de la descomposició orgànica, està adquirint una
creixent importància com a font d'hidrogen. L'hidrogen s'obté de diverses formes:
2HCl +Zn à ZnCl2 + H2
|
|
Alguns processos
industrials, requereixen de grans quantitats d'hidrogen, com ara el
procés de Haber per a la producció d'amoníac, la
hidrogenació de greixos i olis, i per a la producció de
metanol. L'hidrogen és utilitzat també en la hidrosealquilització,
la hidrodessulfuració i l'hidrocracking per a produir gasolines
sintètiques Altres usos; ·
Producció d'àcid clorhídric,
la reducció de menes metàl·liques ·
És usat com a combustible per a coets ·
L'hidrogen líquid (a temperatura molt
baixa), és usat per a la recerca criogènica, com ara els estudis
de superconductivitat ·
Com que l'hidrogen és catorze vegades i mitja
més lleuger que l'aire era usat per a inflar globus i dirigibles.
L'explosió d'un dirigible a Hindenburg va convèncer el
públic que el gas era massa perillós per a aquests
propòsits i es va substituir per heli, que tot i ser més pesat,
és un gas no inflamable. ·
El Deuteri és utilitzat en reaccions
nuclears com a moderador per reduir l'energia dels electrons. Els compostos
de deuteri s'utilitzen en química i biologia per estudiar els efectes
dels isòtops en les reaccions i com a marcador químic. ·
El triti, produït en reactors nuclears,
s'utilitza per a construir bombes d'hidrogen. També és sovint
usat com a marcador químic en laboratoris, i com a font de
radiació en pintures lluminoses. ·
L'hidrogen està començant a ser
utilitzat com a combustible en motors de combustió interna. La
cèl·lula de combustible d'hidrogen és una opció
de cara al futur com a combustible barat i net, la seva combustió
produeix vapor d’aigua, per tant no contaminant. L’hidrogen
s’emmagatzema en cilindres d’acer a pressions de 120 a 150 atm. |
|
|
Desconeguda |